影响IGBT使用时的几大因素

作者：微叶科技时间：2015-08-27 17:31

1. IGBT的选型
IGBT的粗选型有两个方面。一个是根据电路的容量选择合适的IGBT，另一个是根据电路结构和应用场合选择合适的IGBT模块。
IGBT虽然是大功率器件，但是其设计比较充分地挖掘了半导体材料的潜力，对于过压过流非常敏感，任何尖峰都有可能使IGBT永久失效，因此选择IGBT必须留有足够的电压电流裕量。但是另一方面，又要尽量控制裕量的大小，尽管裕量越大，使用就越安全，但是容量大的IGBT不仅价格更贵，而且越高的耐压意味着越高的饱和压降，越大的耐流意味着越大的截止漏电流，对于电源的效率都将产生影响。
当确定好1GBT的耐压耐流参数后，可以根据实际应用的情况选择合适的IGBT集成模块，如同之前看到的一样，有适用于很多种电路拓扑结构的IGBT模块。我们经常使用的是集成两个IGBT的模块，如三菱的D系列IGBT。利用这种模块也可以实现其他各种拓扑电路，但是如果使用的环境有特殊的要求，例如空间比较紧张或对于IGBT参数的统一性较高，媳可以使用大规模的集成模块，如三菱的M系列IGBT，在一个模块上同时集成了三相整流桥和三相全桥逆变。
2．IGBT的栅极驱动保护
IGBT的栅极类似于MOSFET的绝缘栅，具有较高的输人阻抗，属于电压驱动型，除了在开通和关断的过程中对寄生电容CGE充电以及放电会产生一些功率，IGBT饱和状态时几乎没有电流索取。但是栅极的高阻抗只是说在安全电压以内的情况，IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。由于此氧化膜很薄，一般20~30 V的电压就可以将其击穿，因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一，因此在使用模块时，尽量不要用手触摸驱动端子部分，当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后，再触摸。通常可以看到，出厂的IGBT模块其栅极与发射极引出端子间已经被厂家短接，以防止静电。在应用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压，但栅极连线的寄生电感和栅极与集电极闯的电容耦合，也会产生使氧化层损坏的振荡电压。为此，通常采用双绞线来传送驱动信号，以减少寄生电感，在栅极连线中串联小电阻也可以抑制振荡电压。如果不能保证驱动信号是完全安全的，还可以增加稳压二极管以抑制毛刺电压。此外，在栅极—发射极间开路时，若在集电极与发射极间加上电压，则随着集电极电位的变化，由于集电极有漏电流流过，栅极电位会升高，这时1GBT可能会误导通，后果相当严重。因此，为防止此类故障，应在栅极与发射极之间串接一只10 kΩ左右的电阻。
综上，如图1是一个栅极保护电路。

图1 IGBT栅极保护电路

栅极保护电路应该尽可能地靠近栅极，一般会将其制作成一个小的PCB直接套接在IGBT的栅极接线端子上。
对于栅极的驱动电压，不仅要保证不能超过击穿电压（一般不能超过20 V）还要保证有足够的驱动电压（一般不能低于12V），因为从图1中可以看到，如果栅极驱动电压不足，则IGBT会工作在主动区域，长时间如此，IGBT将产生大量的热损耗，导致损坏，一般将IGBT的驱动电压VGG+保证在(15±10%)V的水平。在关断的时候也要保证有足够的负压，负压即能保证尽量完全关断IGBT，也能尽量加快关断速度，还能保证在截止状态下防止IGBT集电极—发射极间出现的dv/dt噪声引起开关误开通，一般栅极负偏压VGC—取—5 V。

3．浪涌电流以及尖峰电压

从图2中可以看到，IGBT在开通的时候会出现浪涌电流，而关断的时候会出现尖峰电压，这两者都会造成IGBT的过度损耗且影响IGBT的寿命，严重时会直接损坏IGBT，因此一般都会在电路中为IGBT设计专门的吸收电路。

图2 IGBT开关时间示意图

4．IGBT的温度
IGBT在工作时会产生大量的损耗并且直接转化成热，而lGBT的半导体结构是非常热敏感的，当前lGBT内部PN结的最高耐温一般为150℃，超过这个温度就认为IGBT会损坏，因此必须要对IGBT的温度进行严格的控制，除了添加散热片及采取主动散热措施以外，还要进行过热关断保护，即温度超过警戒值便停止电源的工作。由于150℃是IGBT内部的温度，因此警戒温度的阀值要充分考虑到热传导的损失来留出合适的裕量。根据情况，人们经常把度设定在85℃、100℃、125℃等值。
温度对IGBT的参数影响很大，在手册上，有些参数是以室温25℃为标准的，而有些手册上，考虑到IGBT经常不会在室温的条件下运行，于是给出的参数是在结温125℃时测得的，读者在阅读的时候一定要多加注意。

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